FİZİKÇİLER, BELL'İN EŞİTSİZLİK TESTLERİNDE 600 IŞIK YILI ÖTEDEKİ YILDIZ IŞIĞI KULLANARAK “LOOPHOLES” ELE ALIYOR
MIT, Viyana Üniversitesi ve diğer ülkelerdeki fizikçiler, seçme özgürlüğü "loophole'e" karşı yararlanma önemli derecede kısıtlanmış olsa bile, kuantum dolaşıklığının güçlü bir gösterimini sundular.
Kuantum dolaşıklık fiziksel kurgusallığımızdaki herhangi bir şeyden çok bilimkurguya yakın gibi görünebilir. Ancak atomları ve atom altı parçacıklarını dünyayı tanımlayan bir fizik dalı olan kuantum mekaniğinin yasalarına göre (Einstein'ın şüpheyle "uzak mesafedeki ürkütücü eylem" olarak gördüğü kuantum dolaşıklığı) aslında gerçektir.
Evrenin karşı uçlarında, birkaç milyar ışık yılıyla ayrılmış iki toz parçası düşünün. Kuantum teorisi, onları birbirinden ayıran geniş mesafeden bağımsız olarak, bu iki parçanın birbirine dolanabileceğini öngörür. Yani, birinde yapılan herhangi bir ölçüm, partnerinde gelecekteki bir ölçümün sonucu hakkında anında bilgi verir. Bu durumda, çifti oluşturan her bir üyenin ölçümlerinin sonuçları yüksek oranda ilişkilendirilebilir.
Bunun yerine, evren Einstein'ın, ölçmeden önce kendi kesin özelliklerine sahip olması ve yalnızca yerel efektler üretebilen yerel nedenlerle olması gerektiğini düşündüğü gibi davranıyorsa, üzerinde ölçümlerin derecesinin üst sınırı olmalıdır Parçacık çiftinin her bir üyesi birbiriyle ilişkilendirilebilir. Fizikçi John Bell, şu an "Bell'in eşitsizliği" olarak bilinen bu üst sınırı 50 yıldan fazla zaman önce ölçtü.
Daha önceki birçok deneyde fizikçiler, Bell'in eşitsizliği tarafından belirlenen limiti aşan parçacıklar arasındaki korelasyonları gözlemişlerdir; bu da kuantum teorisi tarafından tahmin edildiği gibi gerçekten birbirine dolaşık olduğunu gösterir. Fakat bu testlerin her biri, dünya kuantum mekaniği tarafından yönetilse bile, gözlemlenen korelasyonları hesaba katan çeşitli 'loopholes' senaryolarına tabidir.
Germeshausen Bilim Tarihi Profesörü ve MIT'de fizik profesörü David Kaiser, "Kuantum mekaniği şüphecileri için bırakılan miras büyük ölçüde daraldı" diyor. "Bundan kurtulmadık, fakat 16 basamak azalttık."
Kaiser dahil bir araştırma ekibi; Alan Guth, Victor F. Weisskopf, MIT'de Fizik Profesörü; Andrew Friedman, MIT araştırma görevlisi; ve University of Vienna'dan ve diğer ülkelerdeki meslektaşları sonuçlarını (7 şubat 2017 tarihinde) Physical Review Letters dergisinde yayınladı.
KUANTUM ALTERNATİFLERİNE KAPIYI KAPATMA
Seçme özgürlüğü, loophole’u deneylerin kendi deneysel kurulumlarını seçmekte tamamen özgür olduğu fikridir. Ancak deneysel kurulum ile ilişkili başka faktörler veya gizli değişkenler olsaydı ne olurdu? Kuantumsal olmayan mekanizmanın sonuçlarını kuantum dolaşıklığı şeklinde gösterir miydi?
Fizikçiler, bu kaçamak noktasını son derece kontrollü deneylerle çözmeye çalıştılar, tek bir kaynaktan dolaşık foton çiftini üreterek, iki farklı dedektöre foton göndererek korelasyon derecesini veya dolaşma derecesini belirlemek için her iki fotonun özelliklerini ölçtüler. Gizli değişkenlerin sonuçları etkileyebileceği ihtimalini ortadan kaldırmak için araştırmacılar, her bir fotonun hangi özelliğinin ölçüleceğine karar vermek için her dedektörde rasgele sayı üreticilerini kullandı.
Fakat her şeye rağmen çok küçük bir ihtimal de olsa gizli değişkenler veya kuantumsal olmayan etkiler, foton detektöre ulaşmadan önce sayı üreteçlerini etkileyebilir.
Kaiser, "Kuantum dolaşmanın kalbinde, bu çiftlerdeki ölçümlerin sonuçlarındaki yüksek dereceli korelasyonlar var" diyor. "Ancak şüpheci ya da eleştirmen ısrar ederse, bu korelasyonlar, bu parçacıkların tam olarak kuantum mekaniğine uygun hareket etmemesinden kaynaklandığından, bu korelasyonların fark edilmeden atılabileceği başka bir yol olup olmadığını öğrenmek istiyoruz."
2014 yılında Kaiser, Friedman ve meslektaşı Jason Gallicchio (şu anda Harvey Mudd Kolejinde profesör), yıldızlar veya yıldızsı gökcisimler gibi astronomik kaynaklardan eski fotonları "Kozmik ayar üreticileri" olarak kullanmak için bir deney önerdi; bunun yerine Dünya'da her dolaşan foton üzerinde yapılacak ölçümleri belirlemek için rasgele sayı üreticileri önerildi. Bu tür kozmik ışık, çok uzakta olan nesnelerden (onlarca ila milyarlarca ışık yılı uzaktaki herhangi bir yereden) dünyaya ulaşıyor olacaktı. Dolayısıyla, bazı gizli değişkenler, ölçüm seçimindeki rastgele seçime müdahale ediyorsa, Dünya üzerindeki deney yapılmadan çok önce ışığın kozmik kaynağı bıraktığı zaman bu değişiklikleri harekete geçirmiş olacaktı.
Viyana Üniversitesi ve Avusturya Bilimler Akademisi, Viyana'daki bir üniversite laboratuvarının çatısında yüksek oranda dolaşan foton çiftleri üretmek için bir kaynak oluşturdu. Her deneysel çalışmada, birbirine bitişik fotonları birkaç saat uzaklıktaki binalarda bulunan dedektörlere, yani Avusturya Ulusal Bankası'na ve ikinci bir üniversite binasına doğru çekti. Her deneyde, kaynakta oluşturulan foton çifti (dolaşıklığı olan fotonlar) bir birlerine zıt yönde ki detektörlere fırlatıldı.
Araştırmacılar ayrıca her iki dedektör alanına teleskoplar kurdu ve onları yıldızlara yöneltti, En yakını yaklaşık 600 ışık yılı uzaklıkta olan ve daha önce kendilerinin yönünde yeterli foton veya yıldız ışığı gönderebilecek olanları belirlediler.
Friedman, “O gece yıldızlar hizaya girdi” dedi. “Ve bu gibi parlak yıldızlarla, gelen fotonların sayısı çok yoğun olabilir. Bu yüzden, kozmik fotonların algılanmasını subnanosaniyelik zaman çizelgelerine kaydedebilecek çok hızlı detektörümüz var.”
Aralarında dolaşan bir fotonun bir detektöre ulaşmasından önceki birkaç mikrosaniyede, araştırmacılar, dalga boyu belirli bir referans dalga boyundan daha kırmızı veya daha mavi olmasına bakılmaksızın, her teleskopu bu durumda gelen bir yıldız fotonun özelliklerini hızla ölçmek için kullandılar. Daha sonra yıldızlar tarafından üretilen yıldız fotonun rasgele özelliğini kullanarak, gelen dolaşık fotonların hangi özelliğinin ölçüleceğini belirlemek için kullandılar. Bu durumda, kırmızı yıldız fotonları, bir detektörün, dolaşık bir fotonun belirli bir yöndeki kutuplaşmasını ölçmesi için ayarlandı. Mavi bir yıldız fotonu cihazı, birbirine bitişik parçacığın kutuplaşmasını farklı bir yönde ölçmek üzere ayarlandı.
Ekip, her biri üç dakika süren iki deney gerçekleştirildi, her iki deneyde araştırmacılar yaklaşık 100.000 çift dolaşık foton ölçtü. Foton çiftlerinin polarizasyon ölçümlerinin, Bell'in eşitsizliği tarafından belirlenen sınırın çok üzerinde, kuantum mekaniği tarafından en kolay açıklanacak şekilde çok yüksek korelasyona sahip olduğunu bulmuşlardır.
Kaiser, “Kuantum mekaniği ile son derece tutarlı cevaplar, ve büyük ölçüde Einstein bu konuda ki tahmininin uyumsuz olduğu” görüşündeyiz.
Kaiser, "Daha önceki tüm denemeler, 600 yıllık deneyime kıyasla her deneyden önceki mikro saniyelik sonuçların hesaplanabilmesi için bu tuhaf “loophole” maruz kalabilirdi" dedi. Dolayısıyla 600 yıl ile karşılaştırıldığında saniyenin milyonda birine denk gelir.”
Guth, 'Bu deney, komplonun başlayabileceği en son zamanı geriye iter' dedi. “Demek istediğimiz, deneyimizde bazı çılgın mekanizmanın kuantum mekaniğini taklit edebilmesi için, bu mekanizmanın 600 yıl önce bugün burada deney yapmamızı planlamak için yerinde olması gerektiği söyleniyor. Ve kuantum mekaniğinin sonuçlarını yeniden üretmek için sadece doğru mesaj taşıyan fotonları göndermemiz gerekir. Bu da çok zordur.”
Avustralya'daki Griffith Üniversitesi'nde kıdemli araştırma görevlisi olan Michael Hall, eşi benzeri bulunmayan ikinci bir olasılık olduğunu söylüyor.
"Uzak yıldızlardan gelen fotonlar ölçüm ayarlarını belirleyen cihazlara ulaştığında, bu cihazların fotonların renklerini değiştirmek için bir şekilde hareket etmeleri mümkündür, bu da dolaşmayı üreten lazer ile korelasyona sokulur," diyor Hall “Bu, cihazlar ve lazer arasında yalnızca 10 mikro saniyelik bir komplo gerektirir. Bununla birlikte, fotonların, tespit edildikleri zaman 'gerçek renklerini' göstermediği fikri tüm gözlemsel astronomi ve temel elektromanyetizmi altüst eder.
Çeviri: Celal DEMİRTAŞ
Referans dergi: Physical Review Letters
Daha fazla bilgi: Cosmic Bell Test: Measurement Settings from Milky Way Stars. arxiv.org/abs/1611.06985v2
Provided by:Massachusetts Institute of Technology
Yayınlama tarihi: 12.02.2017